24. Понятие о незаменимых факторах питания. Проблема обогащения белками продуктов питания.
Понятие рационального питания включает соблюдение трех основных принципов:
1) обеспечение баланса энергии, поступающей с пищей и расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности;
2) удовлетворение потребности организма в определенных пищевых веществах;
3) соблюдение режима питания.
Первый принцип. Вся необходимая организму энергия поступает исключительно с пищей. Известно, что белки, жиры и углеводы расщепляются в организме до своих мономеров, последние используются для синтеза жизненно необходимых соединений или дают, в конечном счете, энергию в форме АТФ, углекислый газ и воду.
Установлено, что один грамм белка пищи выделяет в результате такого обмена 4 ккал, жира - 9 ккал, углеводов - 4 ккал. Зная, сколько содержится в рационе белков, жиров и углеводов, можно легко рассчитать его энергетическую Ценность.
Организм человека расходует полученную с пищей энергию по трем направлениям:
Основной обмен - это минимальное количество энергии, необходимое человеку для обеспечения процессов жизнедеятельности в состоянии полного покоя. Основной обмен принято рассчитывать на «стандартных» мужчину (возраст - 30 лет, масса - 65 кг) или женщину (возраст - 30 лет, масса - 55 кг). У «стандартного» мужчины от составляет в среднем 1600 ккал, у женщины -1400 ккал. Основной обмен существенно зависит от возраста, индивидуальных особенностей организма, условий проживания и трудовой деятельности. У людей, постоянно испытывающих физические нагрузки, основной обмен выше на 30%.
|
Если обобщить все виды расхода энергии, то среднесуточный расход энергии для работников умственного труда у мужчин составит 2550 - 2800 ккал, у женщин - 2200 - 2400 ккал, для работников, занятых тяжелым физическим трудом (шахтеры, металлурги, грузчики) - 3900 - 4300 ккал. Следует подчеркнуть, что энергетическая ценность суточного рациона отдельных групп населения должна обеспечивать компенсацию их энергетических расходов. При этом для здоровья небезразличен как недостаток пищевых калорий, так и их избыток. Последнее имеет особое значение при анализе проблемы лишнего веса.
Показано, что если суточная калорийность пищи превышает энергозатраты 300 ккал (это 100-граммовая сдобная булочка), то накопление резервного может увеличиваться в день на 15 - 30 г и составлять в год 5 - 10 кг.
Второй принцип. Для удовлетворения оптимальной потребности организма в белках, жирах и углеводах их соотношение в рационах должно составлять 1:1,2:4. Белки должны занимать в среднем 12%, жиры - 30 - 35% от общей калорийности рациона, остальное место - углеводы. При интенсивном физическом труде доля белков в рационе может быть снижена до 11%, жиров, соответственно, повышена учитывая высокую энергетическую ценность последних.
Третий принцип. В основе режима питания лежит физиолого-биохимическая основа, сущность которой заключается в следующем. В коре больших полушарий головного мозга расположен пищевой центр. Клетки этого центра способны возбуждаться под влиянием определенных факторов. К последним относят снижение концентрации сахара в крови, опорожнение желудка и др. В результате возбуждения пищевого центра появляется аппетит.
Термин «обогащение пищевых продуктов» следует использовать в сочетании с указанием конкретных обогащающих добавок, например, обогащение витаминами, обогащение микроэлементами, обогащение комплексом микронугриентов и т.п. Для обозначения дополнительного введения витаминов часто применяется термин «витаминизация». Продукты питания в настоящее время обогащаются не только незаменимыми микронутриентами - витаминами и минеральными веществами, но и другими компонентами: пищевыми волокнами, ПНЖК, фосфолипидами, биологически активными соединениями природного происхождения (фитосоединениями), полезными видами живых молочнокислых бактерий, в частности, бифидобактериями (пробиотиками) и необходимыми для их усиленного размножения олигосахаридами как пребиотиками. Иногда процесс комплексного добавления пищевых и неалиментарных веществ к пище называют термином «фортификация», а продукты - фортифицированными.
Основные принципы обогащения пищи микронутриентами
Обогащение пищевых продуктов микронутриентами предусматривает либо восполнение потерь в процессе технологической обработки и переработки, либо дополнительное введение микронутриентов в продукты, в естественных условиях их не содержащих, либо сочетание этих двух подходов. Примером первого подхода является восполнение содержания витаминов группы В в муке первого и высшего сортов до уровня их содержания в исходном зерне, примером второго - добавление витамина А к тростниковому сахару в странах Латинской Америки в целях профилактики ксерофтальмии и слепоты, обусловленной дефицитом этого витамина, или введение витамина С в молоко и кефир. Термин «витаминизация» часто употребляется применительно не только к продуктам питания, но и к людям, обозначая восполнение недостатка витаминов в организме человека или больших групп населения путем приема витаминных препаратов или обогащенных витаминами продуктов питания.
Обогащение пищевых продуктов микронутриентами - серьезное вмешательство в традиционно сложившуюся структуру питания человека, которое должно осуществляться только на основе научно обоснованных, проверенных практикой медико-биологических и технологических принципов и требований. Эти принципы сформулированы с учетом научных данных о роли питания и отдельных пищевых веществ в поддержании здоровья и жизнедеятельности человека, о потребности организма в отдельных пищевых веществах и энергии, о реальной структуре питания и фактической обеспеченности населения.
К медико-биологическим проблемам обогащения относятся выбор конкретного пищевого вещества или группы веществ, выбор продуктов для обогащения, выбор уровня обогащения; обеспечение эффективности обогащения, безопасности, а также сохранение потребительской ценности продуктов.
Выбор конкретных пищевых веществ для обогащения продуктов питания определяется прежде всего наличием проблемы дефицита этих нутриентов среди населения. Необходимо использовать те микронутриенты, дефицит которых реально имеет место, достаточно широко распространен и наносит вред здоровью. К числу таких микронутриентов следует отнести в первую очередь витамин С, витамины группы В, фолиевую кислоту, а из минеральных веществ - йод, железо, кальций.
Не исключается возможность использования более полного набора добавок, включающего практически весь комплекс необходимых человеку витаминов, макро- и микроэлементов. Введение их в продукт в количествах, обеспечивающих 30-50% суточной потребности, надежно гарантирует поддержание оптимальной обеспеченности организма всеми витаминами и минеральными веществами практически при любых дефектах питания и в то же время не создает угрозы избытка этих веществ.
Для эффективного решения проблемы дефицита микронутриентов среди широких слоев населения различного достатка, обогащать ими следует в первую очередь продукты массового потребления, доступные для всех групп детского и взрослого населения, регулярно используемые в повседневном питании. Обогащенные продукты должны быть привычными для использования и потребления населением или, по крайней мере, его целевыми группами. К таким продуктам относятся мука и хлебобулочные изделия, молоко и кисломолочные продукты, сахар, соль, напитки, продукты детского питания, функциональные продукты.
Избранный для обогащения продукт должен быть подходящим носителем для пищевого вещества. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами не должно ухудшать потребительских свойств этих продуктов: уменьшать содержание и усвояемость других содержащихся в них пищевых веществ, существенно изменять вкус, аромат, свежесть продуктов, сокращать срок их хранения.
При обогащении необходимо учитывать возможность химического взаимодействия обогащающих добавок между собой и с компонентами обогащаемого продукта, и выбирать такие их сочетания, формы, способы и стадии внесения, которые обеспечивают их максимальную сохранность в процессе производства и хранения.
Регламентируемое, т.е. гарантируемое производителем, объявляемое на упаковке (этикетке) содержание микронутриентов в обогащенном ими продукте питания должно быть достаточным для удовлетворения 30-50% средней суточной потребности в этих микронутриентах при обычном уровне потребления обогащенного продукта. Количество микронутриентов, дополнительно вносимых в продукты, должно быть рассчитано с учетом их возможного естественного содержания в исходном продукте или сырье, а также потерь в процессе производства и хранения, чтобы обеспечить содержание этих витаминов и минеральных веществ на уровне не ниже регламентируемого в течение всего срока годности обогащенного продукта.
Регламентируемое содержание витаминов и минеральных веществ в обогащаемых ими продуктах должно указываться на индивидуальной упаковке этого продукта и строго контролироваться как производителем, так и органами государственного надзора.
В ряде случаев сочетание в одном продукте некоторых обогащающих добавок оказывается нежелательным или невозможным в связи с их вкусовой несовместимостью, нестабильностью или нежелательными взаимодействиями друг с другом. Например, в продукты, обогащенные солями железа или другими микроэлементами, не всегда следует вводить пищевые волокна, способные прочно связывать эти микроэлементы, нарушая их всасывание в желудочно-кишечном тракте.
На практике плохо совместимые обогащающие добавки распределяются между различными продуктами. Так, муку и хлеб обогащают, как правило, витаминами группы В, кальцием и железом. В соки и напитки чаще всего добавляют витамин С и водорастворимые витамины группы В (В1, В2, В6, В12), никотиновую, пантотеновую, фолиевую кислоты и биотин. Жирорастворимые витамины А, D, Е, К и каротин чаще добавляют в продукты, содержащие жир, - растительное, сливочное масло, маргарин, молоко и кисломолочные продукты. Их можно вводить также в соки и напитки, используя в этих целях специальные растворимые в воде формы этих витаминов.
Для обогащения рациона микроэлементами, такими, например, как йод, фтор и некоторые другие, чаще всего используют пищевую соль, питьевую воду и минерализованные напитки. Специальные, защищенные формы этих микроэлементов позволяют вводить их и в другие продукты, в том числе в сочетании с более или менее полным набором витаминов.
В последние годы накоплен определенный опыт использования как отдельных витаминов, так и поливитаминных смесей для обогащения продуктов питания, которые призваны внести вклад в решение проблемы ликвидации дефицита микронутриентов. Процесс внедрения обогащенных продуктов находится под контролем органов госсаннадзора, что обеспечивает полную безопасность обогащенных продуктов.
25. Биологическая ценность белков характеризует их способность обеспечить пластические процессы и синтез метаболически активных субстанций. Биологическая ценность белков характеризует качество белка и обусловлена наличием в них незаменимых аминокислот, их соотношением с заменимыми и усвояемостью в желудочно-кишечном тракте. Усвоения белков пищи, полнота использования аминокислот может быть достигнута только при сбалансированности незаменимых аминокислот.
Если какой-либо из незаменимых аминокислот в белках пищи будет меньше, чем в стандартном белке, то и другие аминокислоты не могут быть полностью использованы организмом. Биологическую ценность белков оценивают химическими, биохимическими и биологическими методами.
Пищевая ценность белковку Биологическая ценность белков определяется сбалансированностью аминокислотного состава по содержанию незаменимых аминокислот. В эту группу входят аминокислоты, которые не синтезируются в организме человека. К незаменимым аминокислотам относят аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, лизин, треонин, метионин, триптофан. Аминокислоты аргинин и гистидин относятся к частично заменимым, так как они медленно синтезируются организмом человека. Отсутствие в пище одной или нескольких незаменимых аминокислот приводит к нарушению деятельности центральной нервной системы, останавливают рост и развитие организма, к неполному усвоению других аминокислот. Биологическая ценность белков рассчитывается по аминокислотному скору (а.с.).Аминокислотный скор выражается в процентах, представляющих отношение содержания незаменимой аминокислоты в исследуемом белке продукта к ее количеству в эталонном белке. Аминокислотный состав эталонного белка сбалансирован и идеально соответствует потребностям человека в каждой незаменимой аминокислоте. Аминокислота, скор которой имеет самое низкое значение, называется первой лимитирующей аминокислотой. Например, в белке пшеницы лимитирующей является аминокислота лизин, в кукурузе – метионин, в картофеле и бобовых культурах лимитирующими являются метионин и цистин – это серосодержащие аминокислоты. Животные и растительные белки отличаются по биологической ценности. Аминокислотный состав животных белков близок к аминокислотному составу белков человека, поэтому животные белки являются полноценными. Белки растительные содержат пониженное содержание лизина, триптофана, треонина, метионина, цистина. Биологическая ценность белков определяется степенью их усвоения в организме человека. Животные белки имеют белее высокую степень усвояемости, чем растительные. Из животных белков в кишечнике всасывается 90 % аминокислот, а из растительных 60 - 80 %. В порядке убывания скорости усвоения белков продукты располагаются в последовательности: рыба > молочные продукты > мясо > хлеб > крупы Одной из причин низкой усвояемости растительных белков является их взаимодействие с полисахаридами, которые затрудняют доступ пищеварительных ферментов к полипептидам. При недостатке в пище углеводов и липидов требования к белку несколько изменяется. Наряду с биологической ролью белок начинает выполнять энергетическую функцию. При усвоении 1 грамма белка выделяется 4 ккал энергии. При избыточном потреблении белка возникает опасность синтеза липидов и ожирения организма. Суточная потребность взрослого человека в белках составляет 5 г на 1 кг массы тела или 70 - 100 г в сутки. На долю белков животного происхождения должно приходиться 55 % и растительного происхождения 45 % от суточного рациона человека.
29.Распад углеводов в аэробных условиях может идти прямым (aпотомическим или пентозным) путем и непрямым (дихотомическим) путем.
Дихотомическое (греч. dicha - на две части, tome-сечение) окисление углеводов идет по уравнению:
C6H12O6+6O2 ® 6 СО2+б Н2О+686 ккал
Этот путь является основным в образовании энергии. Первые этапы этого пути совпадают с анаэробным окислением глюкозы. Расхождение путей начинается на стадии образования пировиноградной кислоты, которая в животных тканях декарбоксилируется окислительным путем.
Первоначально предполагали, что пировиноградная кислота подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием уксусной кислоты по уравнению: СН3—СО—СООН + 1/2 O2 СН3СООН+СО2. Потом было установлено, что уксусная кислота не является промежуточным продуктом при .декарбоксилировании пировиноградной кислоты, и возникло представление, что уксусная кислота существует в «активной» форме. Вскоре было показано, что для утилизации пирувата необходим коэнизм А (КоА). В химическом отношении КоА представляет нуклеотид, в состав которого входит аденозин-31, 51-дифосфат, фосфат, пантотеновая кислота и тиоэтиламин. Коэнзим А участвует в переносе остатка уксусной кислоты — ацетильного радикала (CH3CO-) также и других кислотных (ацильных) радикалов.
Окислительное декарбоксилирование пирувата — процеcc многоступенчатый, осуществляется сложной ферментативной системой, в состав которой помимо пируватдекарбоксилазы, тиаминдифосфата и коэнзима А входят дегидрогеназы с коферментом НАД+, и ФАД, липоевая кислота и ионы магния. В результате окисления пировиноградной кислоты образуются молекула aцетил-КоА («активной» формы уксусной кислоты), два атома водорода (в виде НАДН+Н+ ) и молекула СО2.
O ÷½
СН3-СО-СООН+НS-КоА+НАД+®СН3--С~S-~КоА+С02+НАДН+ H
Ацетил-КоА
Следующий этап непрямого аэробного окисления глюкозы характеризуется полным окислением ацетил-КоА в цикле Кребса до СО2 и Н2О.
ЦИКЛ ДИ- и ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ (КРЕБСА).
Исследования показали, что дальнейшее окисление ацетил-КоА возможно лишь в присутствии небольших количеств какой-либо ди-карбоновой кислоты. Оказалось, что в начале ацетил-коэнзима А конденсируется с щавелевоуксусной кислотой (СООН—СН2— СО—СООН) с образованием лимонной (трикарбоновой) кислоты. Лимонная кислота является первым продуктом цикла Кребса, поэтому этот цикл иногда называют лимоннокислым.
Образовавшаяся лимонная кислота подвергается далее ряду сложных превращений. И прежде всего, дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты. Последняя присоединяет молекулу воды и переходит в изолимонную кислоту. Изолимонная кислота подвергается дегидрированию и превращается в щавелево-янтарную, которая декарбоксилируется с образованием µ-кетоглютаровой. µ-Кетоглютаровая кислота подвергается окислительному декарбоксилированию и одновременно дегидрируется, переходя в сукцинил-КоА. Затем сукцинил-КоА превращается в янтарную кислоту. Янтарная кислота дегидрируется, превращаясь в фумаровую. Фумаровая переходит в яблочную, а из яблочной при ее дегидрировании образуется щавелевоуксусная. На этом цикл замыкается. Многие реакции цикла Кребса легко обратимы. Ферменты, катализирующие реакции цикла Кребса
|
сосредоточены в митохондриях. Последовательность реакций цикла Кребса последовательно изображена на суммарной схеме (рис. 7.3) .
Из приведенной схемы видно, что в цикле Кребса в результате реакций дегидрирования образуется 4 пары водородных атомов и 2 молекулы СО2. Освободившийся в ходе процесса окисления водород поступает в цепь биологического окисления и в конечном итоге окисляется молекулярным кислородом с образованием воды и выделением энергии.
При окислении в цикле ди- и трикарбоновых кислот одной молекулы ацетил-КоА образуется 12 молекул АТФ, из которых одиннадцать возникает путем окислительного фосфорилирования, а одна при субстратном фосфорилировании (при превращении сукцинил-КоА в янтарную кислоту).При окислении большинства субстратов в цепи биологического окисления происходит образование 3-х молекул АТФ, тогда как окисление некоторых из них (например, в случае янтарной кислоты) дает 2 молекулы АТФ. Энергетический баланс анаэробного и аэробного окисления глюкозы представляет следующую картину.
1. Две молекулы АТФ — это чистый прирост АТФ при превращениях глюкозы до пировиноградной кислоты в анаэробной фазе.
Глюкоза+2 НАД+ +2 АДФ+2 Фн-® 2 Пируват+2 НАДН+2 АТФ
2. Четыре молекулы АТФ образуются в результате окисления двух молекул НАДН, возникших при дегидрировании двух молекул 3-фосфоглицеринового альдегида (рис. 13). В связи с тем, что эти две молекулы НАДН являются цитоплазматическими, то отдаваемые ими электроны могут включиться в митохондриальную цепь биологического окисления не прямым путем, а с помощью так называемого челночного механизма. Суть этого механизма состоит в том, что сначала цитоплазматический НАДН реагирует с фосфодиоксиацетоном и образует глицерол-3-фосфат.
Фосфодиоксиацетон+НАДН ¬¾ Глицерол-3-фосфат+НАД+
¾®
Г'лицерол-3-фосфат легко проникает через митохондриальную мембрану и окисляется с участием флавинзависимой дегидрогеназы в фосфодиоксиацетон, причем простетическая флавиновая группа восстанавливается.
Глицерол-3-фосфат+Фл. пр. ¾¾® Фосфодиоксиацетон+
4-фл. пр. Н2. Фосфодиоксиацетон выходит из митохондрий, а восстановленный флавопротеид (Фл. пр. Н2) передает приобретенные электроны в цепь биологического окисления, обеспечивая окислительное фосфорилирование только двух молекул АДФ.
3. Шесть молекул АТФ возникают в процессе окислительного де-карбоксилирования двух молекул пировиноградной кислоты, образовавшихся в анаэробной .фазе из одной молекулы глюкозы.
4. При полном окислении двух молекул ацетил-КоА в цикле Кребса возникает 24 молекулы АТФ. В итоге полного аэробного окисления одной молекулы глюкозы синтезируется 36 молекул ЛТФ. При анаэробном гликолизе (брожении) на одну молекулу глюкозы образуется всего 2 молекулы АТФ. Таким образом, «выход» энергии, запасаемой в виде АТФ при кислородном распаде глюкозы, в 18 раз больше, чем при анаэробном.
Молочнокислое брожение — процесс анаэробного окисления углеводов, конечным продуктом при котором выступает молочная кислота. Название получило по характерному продукту — молочной кислоте. Для молочнокислых бактерий является основным путем катаболизма углеводов и основным источником энергии в виде АТФ. Также молочнокислое брожение происходит в тканях животных в отсутствие кислорода при больших нагрузках. Различают т. н. гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение, в зависимости от выделяющихся продуктов помимо молочной кислоты и их процентного соотношения. Отличие также заключается и в разных путях получения пирувата при деградации углеводов гомо- и гетероферментативными молочнокислыми бактериями. Молочнокислое брожение используется для консервации продуктов питания (за счет ингибирования роста микроорганизмов молочной кислотой и понижения рН) с целью длительного сохранения (пример- квашение овощей, сырокопчение), приготовлении кисломолочных продуктов (кефира, ряженки, йогурта, сметаны), силосовании растительной массы, а также биотехнологического способа производства молочной кислоты. 30. Липиды с учетом особенностей своего строения вступают в разнообразные превращения. Рассмотрим наиболее важные из них.
Для глицеридов, составляющих основную массу масел и жиров, характерны следующие превращения: гидролиз, обмен остатков жирных кислот, входящих в их молекулы, окисление, гидрирование ненасыщенных ацилглицеринов.
Гидролиз ацилглицеринов. Под влиянием фермента липазы, кислот или щелочей триацилглицерины гидролизуются с образованием ди-, затем моноглицеридов и в конечном итоге - жирных кислот и глицерина.
Щелочной гидролиз ацилглицеринов получил название омыления, так как в результате его образуются соли жирных кислот - мыла.
Гидролитический распад жиров и масел, липидов зерна и продуктов его переработки (крупы, муки), мяса, рыбы, некоторых других видов пищевого сырья и готовых пищевых продуктов является одной из причин ухудшения их качества и, в конечном итоге, порчи. Этот процесс ускоряется с повышением влажности хранящихся продуктов, температуры, активности липазы. Гидролитический распад липидов и липидсодержащих продуктов протекает в ходе многих процессов пищевой технологии и при кулинарной обработке пищевых продуктов.
Количество свободных жирных кислот, содержащихся в жировых продуктах (в том числе и образовавшиеся в результате гидролиза липидов), может быть охарактеризовано с\ помощью кислотного числа.
Кислотное число - это масса (мг) гидроксида калия, необходимая для нейтрализации свободных жирных кислот, содержащихся в 1 г жира. Кислотное число жира для ряда пищевых продуктов нормируется стандартами и является одним из показателей, характеризующих их качество.
Переэтерификация. Ацилглицерины в присутствии кaтaлизaторов (метилат и этилат натрия, гидроксид натрия, ферменты способны к обмену (миграции) остатков жирных кислот. Этот процесс получил название переэтерификации. В результате переэтерификации меняется ацилглицериновый состав жира, а следовательно, меняются и их физико-химические свойства.
Обмен кислотных остатков может происходить между молекулами ацилглицеринов (межмолекулярная переэтерификация) и пределах одной молекулы (внутримолекулярная переэтерификация).
Переэтерификация открывает большие возможности для изменения свойств жира (температуры его плавления, затвердевания, пластичности), т. е. позволяют получать жиры с заданными для пищевой технологии физико-химическими свойствами без изменения их жирокислотного состава.